Tetapan Kesetimbangan dan Energi Bebas

Tetapan kesetimbangan dan energi bebas

Tetapan Kesetimbangan

Dalam keadaan setimbang, perbandingan konsentrasi pereaksi dan hasil reaksi tergantung pada suhu dan jenis reaksi kesetimbangan. Cato Maximilian Guldberg dan Peter Waage, dua ahli kimia dari Norwegia, menyatakan bahwa dalam reaksi kesetimbangan berlaku hukum kesetimbangan.

Bunyi Hukum Kesetimbangan

“dalam keadaan setimbang pada suhu tertentu. Hasil Perkalian konsentrasi hasil reaksi dibagi perkalian konsentrasi pereaksi yang masing-masing dipangkatkan koefisiennya mempunyai nilai konstan”

Tetapan kesetimbangan (K) merupakan konstanta (angka/nilai tetap) perbandingan zat ruas kanan dengan ruas kiri pada suatu reaksi kesetimbangan. Tiap reaksi memiliki nilai K yang khas, yang hanya berubah dengan pengaruh suhu.

Karena fasa padat (s) dan cair (l) tidak memiliki konsentrasi, maka kedua fasa ini tidak dilibatkan dalam rumus tetapan kesetimbangan K_C (diberi nilai=1).

Ada dua macam tetapan kesetimbangan, yaitu: K_C dan K_P.
Perbedaannya:
1.     K_C diukur berdasarkan konsentrasi molar zat-zat yang terlibat( gas & larutan).
2.     K_P diukur berdasarkan tekanan parsial gas-gas yang terlibat (khusus fasa gas).

Energi Bebas

Energi bebas adalah jumlah maksimum energi yang dibebaskan pada suatu proses yang terjadi pada suhu tetap dan tekanan bebas. Energi bebas di lambangkan dengan ∆G. Pada suhu dan tekanan tetap reaksi kimia akan berlangsung spontan menuju ke arah dengan perubahan energy bebas yang lebih rendah sampai akhirnya mencapai keadaan setimbang.

Perubahan energi bebas dalam reaksi kesetimbangan

Pada suhu dan tekanan tetap, reaksi kimia akan berlangsung spontan menuju ke arah dengan perubahan energi bebas yang lebih rendah, sampai akhirnya mencapai suatu keadaan setimbang. Jadi, posisi kesetimbangan menyatakan nilai energi bebas paling rendah dalam suatu sistem reaksi. Perubahan energi bebas suatu reaksi merupakan akibat dari perubahan dalam tekanan atau perubahan dalam konsentrasi zat-zat yang terlibat dalam reaksi. Dengan demikian terdapat hubungan antara perubahan energi bebas dan tekanan atau dengan konsentrasi sistem reaksi.

1.    Energi bebas dan tekanan

Pengaruh tekanan terhadap fungsi termodinamika dalam persamaan energi bebas gibbs, yakni entalpi dan entropi.

Untuk gas ideal, entalpi tidak bergantung pada tekanan, sebab nilai entalpi ditentukan oleh adanya aliran kalor pada tekanan tetap. Namun demikian, entropi sangat bergantung pada tekanan sebab entropi bergantung pada volume.

Contoh :

1 mol gas ideal pada suhu tertentu mengisi volume 10 L. Dalam wadah tersebut, gas memiliki banyak keadaan mikro yang tersedia daripada dalam volume 1 L, sehingga entropi posisional lebih besar dalam volume yang lebih besar.

Jadi dapat dinyatakan bahwa:

Svolumebesar > Svolumekecil

Oleh karena tekanan berbanding terbalik dengan volumenya, maka entropi dapat diungkapkan dalam kaitannya dengan tekanan sistem sebagai berikut :

Stekananrendah > Stekanantinggi

Dampak dari entropi dipengaruhi oleh tekanan, maka energi bebas juga dipengaruhi oleh tekanan. Kebergantungan dengan energi bebas terhadap tekanan dirumuskan dalam bentuk persamaan berikut :

G = G^o + RT ln (p)

Keterangan:

G^o    = Energi bebas suatu gas pada tekanan 1

   atm

G      = Energi bebas gas pada tekanan tertentu

R      = Tetapan gas universal

T      = Suhu mutlak

2.    G Reaksi Menuju Kesetimbangan

Untuk memahami hubungan perubahan energi bebas selama reaksi menuju keadaan kesetimbangan, tinjau reaksi kesetimbangan beriku :

A_(g) ó B_(g)

Jika 1 mol gas A dimasukkan ke dalam tabung pada tekanan tertentu, dimana pada awalnya hanya ada gas A, maka sejalan dengan waktu. A_(g) terurai menjadi B_(g), dan energi bebas total sistem berubah. Dan menghasilkan :

       

Energi bebas A_(g) = G_A

                                                 = G^o_A + RT ln P_A

Energi bebas B_(b) = G_B

                                 = G^o_B + RT ln P_b

Total energi bebas sistem G = G_A + G_B

Reaksi akan menuju ke arah produk selama energi bebas sistem menurun(G_B lebih kecil dari G_A). Pada titik dimana tekanan A dan tekanan B mencapai harga P^o_A dan P^o_B atau G_A = G_B, sistem dikatakan mencapai keadaan kesetimbangan. Oleh karena A_(g) pada tekanan P^e_A dan B_(g) pada tekanan P^e_B memiliki energi bebas sama tapi berlawanan tanda makaG=0. Pada keadaan ini sistem mencapai energi bebas minimum. Pada titik ini tidak ada lagi gaya dorong untuk mengubah A_(g) menjadi B_(g) atau sebaliknya, sehingga sistem tetap pada posisi ini. Dengan kata lain, tekanan A_(g) dan B_(g) tidak berubah pada waktu.

Sumber referensi :

        Kimia Dasar 1, penerbit Yrama Widya

                Disusun oleh : Yayan Sunarya